基于OBE的《安全系统工程》课程教学改革及实践

田 宏教授 王天明讲师

(沈阳航空航天大学 安全工程学院，辽宁 沈阳 110136)

0 引言

目前，国内有近200所院校开设有安全工程专业，且绝大多数开设有《安全系统工程》课程。作为安全工程专业的一门专业基础课，《安全系统工程》课程教学是从系统安全的角度出发，以生产系统工艺单元为研究对象，重点讲授危险有害因素分析、评价和控制的科学方法。该课程的主要教学内容不仅被安全评价师、注册安全工程师等职业资格考试所涉及，也是众多院校安全科学与工程硕士和博士学位初试考试科目。

和其他专业基础课一样，在《安全系统工程》课程教学中，教师面对的主要问题是如何利用有限学时来拓展和深化课程教学内容，克服学生专业知识不足，提升学生的学习兴趣，培养学生工程实践能力等。为此，国内一些院校的专业教师针对本课程教学改革进行积极的探索，采取一系列切实可行的教改措施。如邵辉等对启发与讨论式课程教学进行系统研究与实践，以促进学生综合能力的培养和训练；魏春荣等提出将案例教学和传统教学相结合，提高学生的学习兴趣，调动学习积极性；许兰娟提出在教学中实施项目教学法，提高专业课教学质量，增加学生的实践经验；宋晓艳等提出“换位式互动”的教学方法，促进学生主动学习；王凯等对《安全系统工程》课程实训教学模式进行研究与探索；孙晓元等提出构建基于“互联网+”的“线上”+“线下”混合式教学模式，有助于提升教学质量,增强学习效果。这些教学改革措施均从各自实际情况出发，从不同角度和层面来解决《安全系统工程》课程教学中所遇到的问题，并起到一定效果。但是，如何科学地改进《安全系统工程》教学过程，促进学生工程实践能力培养，确保培养目标达成，仍将是今后一段时间内该课程教学改革的目标和研究内容。

本校安全工程本科专业成立于1983年，经过30余年建设，目前已形成以“工程型大安全”为主要特色的安全专业人才培养体系，《安全系统工程》已经成为安全工程、保险(工程)学以及消防工程专业的专业基础课。在该课程教学过程中主要面临着学生缺乏必要的专业知识，难以掌握繁多复杂的理论方法，学习动力不足等问题。为此，从满足新形势下对应用型、创新型人才的社会需求出发，结合本校安全工程专业特色和教学中面临的实际问题，借鉴其他院校的课程教学改革经验，从传统的以学科为导向转变为以成果为导向，对《安全系统工程》课程教学进行一系列改革和实践，有效提高学生对所学知识的掌握程度和实际应用能力。

1 课程特点

《安全系统工程》在一些院校也被称为《系统安全工程》，该课程主要包括系统安全分析方法、系统安全评价方法、系统安全预测和决策、系统安全控制方法和事故后果定量分析模块。该课程具有如下一些特点。

(1)理论知识抽象繁杂，难以掌握。为科学分析和研究系统的安全性，人们开发了很多系统安全分析和评价方法，这些方法来源于不同行业和领域。此外，也借鉴一些《可靠性工程》的分析方法，如失效模式和影响分析(Failure Mode and Effects Analysis，FMEA)等。这些安全分析和评价方法的应用背景、关注重点和适用范围各不相同。如果脱离具体行业、背景以及应用实例来讲授这些安全分析和评价方法，就会显得过于抽象，难以理解和掌握。

(2)跨行业，应用范围广泛。尽管各院校特色不同，毕业生就业领域和行业不同，但《安全系统工程》知识体系基本一致，其理论和方法适用于解决各行业安全问题。课堂教学所教授的理论方法基本一致，但还存在一些适用于某些行业的特殊方法。

(3)理论方法多，实践性强。《安全系统工程》以系统工程理论以及一些特殊技巧及方法来研究和解决系统全寿命周期内的安全问题。这些安全问题不是凭空产生的，而是寓于实际生产过程中。在充分了解和掌握具体行业的生产过程、工艺设备和原材料的基础上，才能利用所学的理论和方法去分析和研究生产中的安全问题。实践性强是《安全系统工程》课程的最主要特点。

2 目前教学中存在的主要问题

尽管《安全系统工程》属于安全工程专业的基础课、核心课和学生考研的专业科目，但在课程教学、课程考核、毕业设计过程以及毕业生调查反馈中发现，学生对课程教学内容的掌握和运用情况并不理想，主要存在以下几方面问题。

(1)学生缺少必要的专业知识，学习困难；教学内容多且课时不足。《安全系统工程》作为一门专业基础课，一般安排在第五学期，我校安排在第四学期。此时大二的学生还没有完成基础课程的学习，对专业情况了解甚少。很多安全分析及评价方法需要分析者掌握一定的专业知识和实践经验，例如使用危险与可操作分析(Hazard and Operability Analysis，HAZOP)需要对生产工艺有所了解，并能看懂管道仪表流程图等；使用美国道化学公司火灾爆炸指数法以及英国帝国化学公司蒙特法需要对生产工艺单元有所了解。此外，《安全系统工程》授课为40学时，相对于其繁杂的教学内容，授课时间仍显不足。

(2)侧重于理论教学，理论和实践相脱节。由于《安全系统工程》的理论和方法适用于解决各个行业的安全问题，尽管相关教材很多，但绝大多数教材都缺少行业特色，应用实例少且类同。教师在授课过程中，侧重于将理论方法教授给学生，对于具体应用讲授很少。

(3)课程考核方式难以反映学生工程实践能力的培养效果。课程考核方式通常以期末考试为主，通常占总成绩的80%，平时成绩仅占20%，且平时考核大多依据出席和作业情况。期末考试试题通常为一些客观题，缺乏能够反映工程实践的题目，考试成绩不能真实反映学生工程实践能力的培养效果。

3 课程教学改革的重点

针对教学中存在的问题，基于成果导向教育(Outcomes-based Education，OBE)理念，在教学大纲和内容、教学方式、学习方式和评价方式等方面进行改革，形成一种循序渐进，融会贯通的教学方法，如下图。

图 循序渐进、融会贯通的课程教学方法Fig. A gradual and integrated teaching method

3.1 教学大纲和内容的改革

按照培养计划中毕业要求涉及的条款来确定教学大纲，并根据毕业要求与教学内容的对应关系，来确定课程的教学内容和学时。改变按教材章节来编写大纲和确定教学内容的传统做法。为培养学生工程实践能力，《安全系统工程》课程增设2周的课程设计。

3.2 教学方式改革

教师在上课前将授课PPT、案例和视频资料、相关文献资料上传到网络教学平台上共享，借助于网络教学平台实现课下的答疑、讨论等，提高课堂学时的利用率，初步解决学时不足的问题。

在教学过程中，结合教授内容，选取相关事故案例的视频资料，尤其是美国化学安全与危险调查局(CSB)的事故调查视频资料，其中的动画模拟部分，展现生产设备(设施)概况、事故后果、事故原因及应采取的安全对策和措施。这些视频使得学生能够身临其境还原事故现场情况，能在一定程度上弥补学生专业知识的不足。借助于多媒体教学手段，增强学生对实际工程系统的了解，提高学生实践能力。

在教学过程中有针对性地进行案例教学，充分利用国内外典型事故案例，纵观事故发生、发展、处理方案及最终结果的全过程，指导学生利用所学方法进行分析和讨论。逐步培养学生的工程实践能力，同时也促进学生的学习兴趣。

3.3 学习方式改革

(1)追踪溯源式学习，拓展学习的深度和广度。在授课之前，学生要阅读教师提供的文献资料(相关标准、规范以及事故案例等)，了解这些安全分析及评价方法的起源、应用范围、优缺点、与其他方法的关系以及核心内容。如学生在学习事件树、故障树分析方法时需阅读《Analysis Techniques for Dependability-Event Tree Analysis (ETA)》(IEC 62502: 2010)、《Fault Tree Analysis (FTA)》(IEC 61025:2006)、《故障树名词术语和符号》(GB/T 4888-2009)、《故障树分析程序》(GB 7829-1987)、《核电厂故障树分析导则》(NB/T 20558-2019)等。教师在授课时紧紧围绕核心内容来讲授。另外，教师指导学生利用网络有针对性地检索和收集文献资料，培养文献收集和整理能力。

(2)理论联系实际，立足校内进行模拟实践。针对《安全系统工程》实践性强的特点，系统性地利用校园内的各种设备设施进行模拟实习和实践。例如，对校内实验室的钢瓶间、化学品储存场所进行危险源辨识；为校园内的锅炉房、变配电所编制安全检查表；对图书馆的火灾报警系统进行事件树和事故树分析；对校园内的道路和停车场进行安全评价；对校园内的液化石油气供气站进行事故后果定量分析等。这些模拟实习和实践活动一方面加深学生对课本上知识的理解，另一方面也拓展学生的工程实践能力。此外，学生通过参与大学生创新实践等活动，促进学生对课本上理论知识的理解和创新性应用，也极大地拓展学生们的视野。

(3)增设课程设计，培养应用能力。近几年来，在修订培养计划时为《安全系统工程》课程增设2周的课程设计。《系统安全基础》课程设计是课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接，旨在提高学生运用系统安全理论知识解决复杂工程问题的实践技能。为体现“工程型大安全”特色，毕业设计题目主要分为安全评价和事故后果分析2大类型。

①安全评价类型课程设计是通过对机械、化工、冶金等行业中典型生产工艺单元进行安全评价(主要是预评价)，巩固学生危险源辨识、控制与评价的专业知识；促使学生了解典型生产工艺和设备，熟悉《安全评价通则》(AQ 8001-2007)等相关标准规范，增强对危险源辨识、控制与评价知识的实际应用能力，学会编写安全预评价报告。

②事故后果分析类型课程设计是通过对典型化工装置(单元)的事故场景分析，巩固学生对事件树分析方法以及事故后果细致划分的专业知识，促使学生熟悉《化工企业定量风险评价导则》(AQ/T 3046-2013)等相关标准规范，增强学生对事故后果计算模型的选择并合理确定相关参数的能力，锻炼学生应用计算机软件定量计算事故后果并进行风险分析的能力。

根据课程设计大纲要求，课程设计指导教师从自身的工程背景出发来初选题目，并经集体讨论后最终确定难度适宜的课程设计题目。所有题目均为工程设计(应用)型，旨在提高学生运用系统安全理论解决实际工程问题的能力，培养学生独立自主、综合分析的思维与创新能力。

为提高学时利用率和加强过程控制，课程设计建有多个专用QQ群，指导教师随时对学生进行指导、答疑。

3.4 课程评价方式改革

课程成绩由平时考核成绩和期末考试成绩构成。将平时考核成绩提高到占总成绩的30%，采用研讨、阶段测试、大作业等多种形式，并侧重过程考核。期末试卷占总成绩的70%，考题以工程应用型题目为主，并借鉴安全评价师的考试试题，侧重考察学生综合运用所学知识来解决实际问题的能力。在学期末，通过对支撑毕业要求指标点和教学目标达成情况的评价来指导课程教学的持续改进。

课程设计成绩的评定由5个部分构成，包括危险有害因素分析(评价类型题目)/事故类型分析(事故后果分析类型题目)、分析评价方法/后果计算模型、安全对策/计算过程和参数、文献资料收集及答辩情况，并利用层次分析法确定各部分权重。在课程设计中针对创新性内容，适当加分，以鼓励创新。

4 课程教学改革效果

基于OBE理念对《安全系统工程》教学实施改革以来，学生的考试通过率稳步提升，下表列出近几年来安全工程专业学生的期末考试情况。一方面，由于加大期末考试中工程应用型题目的比重，考试通过率提高表明学生对工程应用题目具有较好的掌控能力；另一方面，通过模拟实践活动以及工程类型的课程设计训练，培养学生的综合分析能力，在进行毕业设计的过程中，学生能根据题目类型广泛地收集文献资料，恰当地选用标准规范或者定量分析模型，能够将所学到的相关理论方法用来解决实际问题。

表 近几年来安全专业学生的期末考试成绩Tab. The final examination scores of the students majoring in safety engineering in recent years

5 结论

(1)在《安全系统工程》教学改革和实践过程中，以“成果导向”来改革教学大纲和教学内容，使得教学大纲和教学内容紧紧围绕着毕业要求的达成而设计。

(2)坚持“以学生为中心”来改革授课方式和学习方式，其中，案例教学促进学生对理论方法的理解和掌握，立足校内进行模拟实践确保理论联系实际，课程设计拓展实践教学的深度和广度。

(3)课程考核方式改革保障课程教学的“持续改进”。从学生的期末考试成绩、毕业设计指导过程和毕业生反馈来看，《安全系统工程》教学改革效果十分显著。